溫拌瀝青混合料的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用性能研究

李 珍

溫拌瀝青混合料是一種拌合溫度介于熱拌瀝青混合料(150℃～180℃)和冷拌(常溫)(10℃～40℃)瀝青混合料之間,性能達(dá)到(或接近)熱拌瀝青混合料的新型瀝青混合料。其技術(shù)起源于1995年,是在能源緊缺、全球氣候變暖的大背景下快速發(fā)展起來(lái)的路面材料新技術(shù)。中國(guó)的溫拌瀝青混合料技術(shù)研究起步于2005年,研究重點(diǎn)放在基于乳化平臺(tái)的溫拌法和有機(jī)添加劑溫拌法這兩種技術(shù)上,目前在實(shí)際應(yīng)用中占主導(dǎo)地位的是基于乳化平臺(tái)的溫拌法,該技術(shù)由美國(guó)美德維實(shí)偉克公司(MWV)研發(fā)和提出。

本文以美德維實(shí)偉克公司推出第二代直投瀝青分散技術(shù)(DAT)為基礎(chǔ)[2],對(duì)溫拌技術(shù)進(jìn)行研究,采用AK-13級(jí)配對(duì)溫拌瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì),與普通熱拌基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行了路用性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)。并以云南省保龍高速公路大官市—潞江壩段路面8標(biāo)段為依托工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)路鋪筑,對(duì)溫拌瀝青混合料的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

集料選用玄武巖,其物理力學(xué)性質(zhì)均滿足JTGE 42-2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)要求。礦粉選用石灰?guī)r礦粉,其技術(shù)性質(zhì)滿足JTGE 42-2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)要求。瀝青采用70號(hào)基質(zhì)瀝青。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本論文選擇AK-13型混合料進(jìn)行配合比的設(shè)計(jì)研究,確定的最佳油石比為4.9%?；旌狭霞?jí)配組成見(jiàn)表1。

表1 AK-13型瀝青混合料的級(jí)配

表2 AK-13型溫拌瀝青混合料馬歇爾成型

2 溫拌瀝青混合料的降溫效果研究

2.1 采用馬歇爾成型

在制備AK-13溫拌瀝青混合料時(shí),基質(zhì)瀝青選用70號(hào)瀝青,添加5%溫拌劑,瀝青最佳油石比為4.9%,其馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出,70號(hào)基質(zhì)瀝青添加5%溫拌劑制備的溫拌瀝青混合料,馬歇爾試件的空隙率隨成型溫度的降低而增大。與基質(zhì)瀝青混合料相比,當(dāng)成型溫度相同時(shí),試件的空隙率減小0.768%;當(dāng)成型溫度為142℃時(shí),溫拌混合料試件的孔隙率與成型溫度 155℃不摻加溫拌劑時(shí)的一致,都為 5.1%,說(shuō)明摻加5%的溫拌劑能降低瀝青混合料的成型溫度,降溫幅度為13℃。

2.2 采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型

通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 AK-13型溫拌瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型

從表3可以看出,在采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型時(shí),且由于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法的揉搓作用和較大的壓實(shí)功,其成型試件的空隙率均比馬歇爾試件小。其與馬歇爾成型有類(lèi)似的結(jié)論:當(dāng)保持試件成型溫度不變時(shí),試件的空隙率減小0.612%;當(dāng)保持試件的空隙率一致時(shí),混合料的拌合溫度及成型溫度可以降低近15℃。

我們比較馬歇爾試件和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件的空隙率可知,旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法更容易使試件密實(shí),在試件密實(shí)度較高的條件下,成型溫度的改變對(duì)試件空隙率的影響較小,其空隙率的變化幅度也比馬歇爾法成型試件的變化幅度小。由此可知馬歇爾方法成型的試件對(duì)溫度的敏感性強(qiáng)于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型時(shí)對(duì)溫度的敏感性。綜上可以看出,對(duì)于AK-13結(jié)構(gòu)混合料,無(wú)論是馬歇爾試件還是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件,制備溫拌瀝青混合料時(shí)保持壓實(shí)度(空隙率)不變,混合料的拌合溫度及壓實(shí)溫度可以降低15℃左右,這將減少混合料生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗和煙塵等廢棄物的排放。

3 室內(nèi)性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性能

將試件成型后放置48 h以上,待完全固化后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)基質(zhì)瀝青的普通熱拌瀝青混合料和摻入溫拌劑后的溫拌瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表4所示。

表4 AK-13瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度

由表4可以看出:對(duì)于AK-13混合料摻5%的溫拌劑的溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度約是基質(zhì)瀝青混合料的3.3倍,可以很好的改善混合料的高溫性能,提高路面的抗車(chē)轍能力。

3.2 低溫抗裂性能

低溫彎曲破壞實(shí)驗(yàn)也是國(guó)內(nèi)外較常用的瀝青混合料低溫抗裂性評(píng)價(jià)方法。本文采用實(shí)驗(yàn)溫度-10℃±0.5℃,加載速率為50 mm/min,由輪碾法成型的車(chē)轍實(shí)驗(yàn)試件板切制成長(zhǎng)250 mm±2.0 mm,寬30 mm±2.0 mm,高35 mm±2.0 mm的棱柱體小梁,跨徑為200 mm±0.5 mm,在-10℃條件下保溫 3 h,跨徑為200 mm±0.5 mm,跨中加載[7]。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,混合料的小梁試件在破壞時(shí)的彎拉應(yīng)變?cè)酱?則彎曲勁度模量越小,路面越不容易產(chǎn)生低溫開(kāi)裂?；|(zhì)瀝青混合料和摻加3%溫拌劑的瀝青混合料,試件破壞時(shí)的彎拉應(yīng)變?chǔ)苔哦疾荒軡M足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求,且溫拌劑對(duì)低溫性能有一定的負(fù)面影響,變化幅度不是很明顯。

3.3 水穩(wěn)定性能

本論文采用浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)和凍融劈裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性能,對(duì)加入溫拌劑后的溫拌瀝青混合料和基質(zhì)瀝青普通熱拌混合料做了浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)和凍融劈裂實(shí)驗(yàn),得出溫拌瀝青混合料,其浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強(qiáng)度比與基質(zhì)瀝青混合料相比均無(wú)大的變化,這說(shuō)明溫拌劑對(duì)混合料的水穩(wěn)定性沒(méi)有明顯的影響,溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要由基質(zhì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性決定。

4 實(shí)驗(yàn)路應(yīng)用效果分析

實(shí)驗(yàn)路鋪筑時(shí)間為上午10時(shí),天氣晴朗,氣溫為15℃。溫拌添加劑為水溶液,拌制過(guò)程中溫拌添加劑在瀝青噴灑1 s～3 s后開(kāi)始添加,并在瀝青噴灑完前添加完畢,噴灑量為瀝青質(zhì)量的5/100。混合料出料溫度140℃,實(shí)際初壓溫度為120℃,終壓溫度為100℃左右。

第二日下午對(duì)實(shí)驗(yàn)路段鉆芯取樣,普通瀝青混合料路段和溫拌瀝青混合料路段各取芯11個(gè)進(jìn)行性能分析。其結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 AK-13溫拌瀝青混合料的鉆芯取樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出,由于施工條件的限制,試驗(yàn)路的壓實(shí)度不足,鉆芯取樣的試件空隙率偏大。但是,在相同的施工條件下,溫拌瀝青混合料試件的空隙率比普通瀝青混合料小2.1個(gè)百分點(diǎn),這說(shuō)明溫拌瀝青混合料比普通瀝青混合料更容易碾壓密實(shí),也就證明了在達(dá)到相同壓實(shí)度要求的情況下,溫拌瀝青混合料可以降低拌合及壓實(shí)溫度,達(dá)到了應(yīng)用溫拌瀝青混合料的預(yù)期目的。

5 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)于AK-13結(jié)構(gòu)混合料,無(wú)論是馬歇爾試件還是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件,制備溫拌瀝青混合料時(shí)保持壓實(shí)度(空隙率)不變,混合料的拌合及壓實(shí)溫度可以降低15℃左右。2)對(duì)混合料的高溫抗車(chē)轍性能有明顯的改善,動(dòng)穩(wěn)定度可以提高約3倍;低溫性能有一定的負(fù)面影響,變化幅度不是很明顯;對(duì)混合料的水穩(wěn)性能幾乎沒(méi)有影響。3)溫拌瀝青混合料比普通瀝青混合料更容易碾壓密實(shí),在達(dá)到相同壓實(shí)度要求的情況下,溫拌瀝青混合料可以降低拌合及壓實(shí)溫度。

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